<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xml:lang="ru" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="https://metafora.rcsi.science/xsd_files/journal3.xsd">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">moitvivt</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title xml:lang="ru">Моделирование, оптимизация и информационные технологии</journal-title>
        <trans-title-group xml:lang="en">
          <trans-title>Modeling, Optimization and Information Technology</trans-title>
        </trans-title-group>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2310-6018</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Издательство</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.26102/2310-6018/2026.55.4.018</article-id>
      <article-id pub-id-type="custom" custom-type="elpub">2250</article-id>
      <title-group>
        <article-title xml:lang="ru">Исследование методов обращения матриц для применения в алгоритмах адаптивного диаграммообразования</article-title>
        <trans-title-group xml:lang="en">
          <trans-title>Investigation of matrix inversion methods for application in adaptive beamforming algorithms</trans-title>
        </trans-title-group>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-4148-3208</contrib-id>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Глушанков</surname>
              <given-names>Евгений Иванович</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Glushankov</surname>
              <given-names>Evgeny Ivanovich</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>glushankov57@gmail.com</email>
          <xref ref-type="aff">aff-1</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0001-5502-0664</contrib-id>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Морозов</surname>
              <given-names>Александр Алексеевич</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Morozov</surname>
              <given-names>Aleksandr Alekseevich</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>aa.morozov56@gmail.com</email>
          <xref ref-type="aff">aff-2</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Кондрашов</surname>
              <given-names>Захар Константинович</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Kondrashov</surname>
              <given-names>Zahar Konstantinovich</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>ka@ao-avtomatika.ru</email>
          <xref ref-type="aff">aff-3</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff-alternatives id="aff-1">
        <aff xml:lang="ru">Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича</aff>
        <aff xml:lang="en">Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications</aff>
      </aff-alternatives>
      <aff-alternatives id="aff-2">
        <aff xml:lang="ru">Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича</aff>
        <aff xml:lang="en">Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications</aff>
      </aff-alternatives>
      <aff-alternatives id="aff-3">
        <aff xml:lang="ru">АО «Концерн «Автоматика»</aff>
        <aff xml:lang="en">JSC «Concern Automatics»</aff>
      </aff-alternatives>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>01</day>
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>1</volume>
      <issue>1</issue>
      <elocation-id>10.26102/2310-6018/2026.55.4.018</elocation-id>
      <permissions>
        <copyright-statement>Copyright © Авторы, 2026</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
        <license license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
          <license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License</license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri xlink:href="https://moitvivt.ru/ru/journal/article?id=2250"/>
      <abstract xml:lang="ru">
        <p>Статья посвящена исследованию методов обращения ковариационных матриц в задачах адаптивного диаграммообразования в антенных решетках. Рассматриваются два варианта обработки сигналов, а именно пространственная и пространственно-временная обработка, для которых анализируется структура ковариационной матрицы и ее влияние на выбор алгоритмов обращения. В качестве эталонного решения используются оптимальные весовые коэффициенты, определяемые по критерию Винера как решение задачи минимизации среднеквадратической ошибки. Проведено сравнение алгоритма Холецкого, рекурсивного алгоритма типа Левинсона, метода Барайсса и БПФ-аппроксимации с точки зрения точности восстановления оптимальных весов, значения среднеквадратической ошибки обучения, формы диаграммы направленности и вычислительной сложности. Численное моделирование выполнено в MATLAB для различных геометрий антенных решеток при одинаковом сценарии помеховой обстановки. Рассмотрена связь между структурой ковариационной матрицы в задачах пространственной и пространственно-временной обработки, выбором алгоритмов ее обращения и их вычислительной эффективностью. Показано, что точные методы обращения обеспечивают совпадение с оптимальным решением, тогда как аппроксимационные методы позволяют существенно снизить вычислительные затраты при контролируемом росте ошибки. Полученные результаты подтверждают целесообразность использования структурных методов обращения ковариационной матрицы в задачах пространственно-временной адаптивной обработки сигналов.</p>
      </abstract>
      <trans-abstract xml:lang="en">
        <p>The paper presents a study of covariance matrix inversion methods in adaptive beamforming for antenna arrays. Two signal processing paradigms are considered, namely spatial processing and space–time processing, for which the structure of the covariance matrix and its impact on the choice of inversion algorithms are analyzed. Wiener-optimal weight vectors, obtained as the solution of the mean square error minimization problem, are used as a reference solution. The Cholesky decomposition, a recursive Levinson-type algorithm, the Bareiss method, and an FFT-based approximation are compared in terms of the accuracy of reproducing the optimal weights, the resulting training mean square error, the shape of the radiation pattern and computational complexity. Numerical simulations are performed in MATLAB for different antenna array geometries under the same noise scenario. The article considers the relationship between the structure of the covariance matrix in spatial and space-time processing tasks, the choice of algorithms for its inversion, and their computational efficiency. It is shown that exact inversion methods provide results consistent with the Wiener-optimal solution, whereas approximate methods significantly reduce computational cost at the expense of a controlled increase in error. The obtained results confirm the practical relevance of structured covariance matrix inversion methods for space-time adaptive signal processing.</p>
      </trans-abstract>
      <kwd-group xml:lang="ru">
        <kwd>адаптивная антенная решетка</kwd>
        <kwd>адаптивное диаграммообразование</kwd>
        <kwd>ковариационная матрица</kwd>
        <kwd>обращение матрицы</kwd>
        <kwd>среднеквадратическая ошибка</kwd>
      </kwd-group>
      <kwd-group xml:lang="en">
        <kwd>adaptive antenna array</kwd>
        <kwd>adaptive beamforming</kwd>
        <kwd>covariance matrix</kwd>
        <kwd>matrix inversion</kwd>
        <kwd>mean square error</kwd>
      </kwd-group>
      <funding-group>
        <funding-statement xml:lang="ru">Исследование выполнено без спонсорской поддержки.</funding-statement>
        <funding-statement xml:lang="en">The study was performed without external funding.</funding-statement>
      </funding-group>
    </article-meta>
  </front>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="cit1">
        <label>1</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Глушанков Е.И., Царик В.И. Прямые методы адаптации линейных и кольцевых антенных решеток в навигационных спутниковых системах. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2023;26(1):6–16. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2023-26-1-6-16</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit2">
        <label>2</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Глушанков Е.И., Царик И.В., Царик В.И. Пространственно-распределенная технология адаптивного формирования диаграммы направленности антенной решетки. Научные известия. 2022;(29):165–169.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit3">
        <label>3</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Van Trees H.L. Optimum Array Processing: Part IV of Detection, Estimation, and Modulation Theory. New York: John Wiley &amp; Sons; 2002. 1472 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit4">
        <label>4</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Golub G.H., Van Loan Ch.F. Matrix Computations. Baltimore: The Johns Hopkins University Press; 2013. 756 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit5">
        <label>5</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Aubry A., Babu P., De Maio A., Rosamilia M. Advanced Methods for MLE of Toeplitz Structured Covariance Matrices With Applications to Radar Problems. IEEE Transactions on Information Theory. 2024;70(12):9277–9292. https://doi.org/10.1109/TIT.2024.3474977</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit6">
        <label>6</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. Москва: Техносфера; 2013. 528 c.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit7">
        <label>7</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Sosulski Ja., Tangermann M. Introducing block-Toeplitz covariance matrices to remaster linear discriminant analysis for event-related potential brain-computer interfaces. Journal of Neural Engineering. 2022;19(6). https://doi.org/10.1088/1741-2552/ac9c98</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit8">
        <label>8</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Woolrich M., Hunt L., Groves A., Barnes G. MEG beamforming using Bayesian PCA for adaptive data covariance matrix regularization. NeuroImage. 2011;57(4):1466–1479. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.04.041</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit9">
        <label>9</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Haykin S.S. Adaptive Filter Theory. Boston: Pearson; 2014. 912 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit10">
        <label>10</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Глушанков Е.И., Царик В.И. Анализ качества алгоритмов адаптивной пространственной и пространственно-частотной фильтрации сигналов в системах спутниковой навигации. Труды учебных заведений связи. 2022;8(3):37–43. https://doi.org/10.31854/1813-324X-2022-8-3-37-43</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit11">
        <label>11</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Böttcher A., Grudsky S.M. Toeplitz matrices, asymptotic linear algebra and functional analysis. Gurgaon: Hindustan Book Agency; 2000. 126 p. https://doi.org/10.1007/978-93-86279-04-0</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit12">
        <label>12</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Akaike H. Block Toeplitz matrix inversion. SIAM Journal on Applied Mathematics. 1973;24(2):234–241. https://doi.org/10.1137/0124024</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit13">
        <label>13</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Cybenko G. The Numerical Stability of the Levinson-Durbin Algorithm for Toeplitz Systems of Equations. SIAM Journal on Scientific and Statistical Computing. 1980;1(3):303–319. https://doi.org/10.1137/0901021</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit14">
        <label>14</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Chan T.F. An optimal circulant preconditioner for Toeplitz systems. SIAM Journal on Scientific and Statistical Computing. 1988;9(4):766–771. https://doi.org/10.1137/0909051</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit15">
        <label>15</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Gray R.M. Toeplitz and Circulant Matrices: A Review. Foundations and Trends in Communications and Information Theory. 2006;2(3):155–239.</mixed-citation>
      </ref>
    </ref-list>
    <fn-group>
      <fn fn-type="conflict">
        <p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p>
      </fn>
    </fn-group>
  </back>
</article>